PL203266B1 - Kołnierz pierścieniowy z częścią rurową - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kołnierz pierścieniowy z częścią rurową do mocowania na przednim końcu rurowego podzespołu, zwłaszcza segmentu wieży elektrowni wiatrowej oraz z pierścieniem kołnierza promieniowo połączonym z jednym końcem części rurowej.

Połączenia części rurowych za pomocą kołnierzy pierścieniowych znane są np. z publikacji: Dieter Lehmann, Berechnung von L.FIanschen mit unterschedlichen Kontaktflaechen/Ringflanschformen nach DIN 4133, Ernst&Sohn, Stahlbau 69 (2000), zeszyt 9, s. 682-687 i są szeroko rozpowszechnione. Przykładowo przy budowie rurociągów znane są dołączane promieniowo do części rury kołnierze, które przy końcach rury są zwykle skierowane promieniowo na zewnątrz. Te kołnierze mają zwykle płaskie, skierowane osiowo od właściwego korpusu rury powierzchnie kołnierzowe i posiadają rozmieszczone na swym obwodzie przelotowe otwory. Części rury można więc stykać ze sobą np. jak segmenty przewodu rurowego i skręcać ze sobą w rurociąg za pomocą odpowiednich uszczelnień.

Ponieważ takie kołnierze pierścieniowe odstają w bok od właściwej części rurowej według wszelkich reguł wykonawstwa technicznego niekorzystne jest wytwarzanie tych kołnierzy w jednej części z częściami rurowymi (przynajmniej wtedy, gdy części te dają się wytwarzać przez odlewanie). Przykładowo część rurowa, która wytwarzana jest przez zgrzewanie z płyt lub blach metalowych, daje się jako półwyrób według wszelkich reguł odkształcać tylko wtedy, gdy jest odpowiednio zginana z utworzeniem kołnierza. Również z tego powodu normalnie części rurowe wytwarza się najpierw bez kołnierza, a póź niej mocuje się koł nierz do takiej części stosują c odpowiednią technikę łączenia, np. przy rurach metalowych - spawanie, a w przypadku rur z tworzywa sztucznego - klejenie lub laminowanie.

Aby polepszyć przenoszenie siły w obszar kołnierza, mające ewentualnie duże naprężenia, korzystne okazało się z konstrukcyjnego punktu widzenia stosowanie, jak to jest znane, pierścieniowego kołnierza w taki sposób, że ma on krótką rurową część cylindryczną do łączenia z jednym końcem cylindrycznej części rurowej, przy czym jeden wymieniony koniec tej części jest spawany, np. z cylindryczną częścią rurową, a drugi koniec biegnie dalej jako promieniowo dołączony kołnierz z powierzchnią kołnierzową odchodzącą osiowo od cylindrycznej części rurowej.

Przykładowo w konstrukcji wież elektrowni wiatrowych rurowe elementy takiej wieży są umieszczane w stosie jeden na drugim w miejscu montażu, by uzyskać duże wysokości. Ze względów statycznych również w tej dziedzinie techniki okazało się praktyczne, by wieża zwężała się stożkowo od swej części bliskiej ziemi, aż do gondoli. Dotychczas w połączeniach kołnierzowych stosowanych do łączenia segmentów wieży występowały pęknięcia i inne objawy zmęczenia.

Celem wynalazku jest opracowanie kołnierza, który jest mniej podatny na uszkodzenia powodowane przez naprężenia związane z jego obciążeniem zgodnym z przeznaczeniem.

Cel ten osiągnięto według wynalazku dzięki kołnierzowi pierścieniowemu z częścią rurową do mocowania na jednym końcu rurowego podzespołu, zwłaszcza segmentu wieży przy montażu elektrowni wiatrowej oraz z pierścieniem kołnierza promieniowo połączonym z jednym końcem części rurowej, zaś powierzchnia kołnierzowa jest zwrócona w przeciwną stronę od osi wymienionej części rurowej, charakteryzuje się tym, że zewnętrzna ściana części rurowej jest stożkowa, zwłaszcza do mocowania do równie stożkowego elementu rurowego.

Pierścień kołnierza korzystnie styka się z częścią rurową promieniowo na jej stronie wewnętrznej.

Korzystnie powierzchnia kołnierzowa jest płaska.

Pierścień kołnierza ma korzystnie co najmniej jeden osiowy przelotowy otwór na śrubę łączącą kołnierza.

Korzystniej pierścień kołnierza ma zagłębienie w powierzchni kołnierzowej wokół przelotowego otworu.

Najkorzystniej najmniejszy odstęp pomiędzy zagłębieniem, a krawędzią powierzchni kołnierzowej, z którą styka się ściana części rurowej, jest większy niż grubość ściany części rurowej.

Korzystnie część rurowa i promieniowy pierścień kołnierza są wykonane jako integralna część, zwłaszcza wytoczone jako jedna część.

Korzystne jest, gdy kołnierz do mocowania do końca rurowego elementu nadaje się do spawania.

Korzystnie przy połączeniu segmentów wieży za pomocą połączenia kołnierzowego dwa kołnierze są połączone ze sobą powierzchniami kołnierzowymi usytuowanymi jedna na drugiej, a stożkowe zewnętrzne ściany części rurowych kołnierzy stanowią swe wzajemne przedłużenia.

Właśnie w dziedzinie wież elektrowni wiatrowych konstrukcyjnie celowe jest wykorzystywanie każdej sposobności do optymalizowania przepływu sił przez połączenia kołnierzowe pomiędzy segmentami

PL 203 266 B1 wieży. Mocowanie zwykłych pierścieniowych elementów kołnierzowych z prostymi cylindrycznymi częściami mocującymi przebiegającymi w kierunku zgodnym z osią cylindra do stożkowych rurowych członów wieży w sposób znany ze stanu techniki powoduje przepływ sił w połączeniu kołnierzowym, który może nawet podlegać wielokrotnym zmianom kierunku, jest również niekorzystny pod względem estetycznym.

Według przedmiotowego wynalazku pierścieniowy kołnierz ma natomiast część rurową do mocowania kołnierza do jednego końca elementu rurowego. Kołnierz promieniowo łączy się z jednym końcem wymienionej części, korzystnie wewnętrznym, i ma korzystnie płaską powierzchnię kołnierzową zwróconą osiowo od tej części. Zewnętrzna ściana części rurowej jest stożkowa i dzięki temu może być mocowana do stożkowo rurowego elementu, by tworzyć ciągły kontur zewnętrzny. Polepsza to znacznie przepływ sił ze stożkowo rurowego elementu do kołnierza, ponieważ unika się przez to odchylenia przepływu sił, które zwykle powoduje koncentrację naprężeń i ewentualne przeciążenie części składowych.

Kołnierz jest połączony z częścią rurową, korzystnie promieniowo do wewnątrz, tak że przy wykorzystywaniu kołnierza według wynalazku do łączenia segmentów wieży elektrowni wiatrowej, kołnierz taki, jak również inne elementy łączące, takie jak śruby łączące kołnierz, które wytwarzają siłę łączącą i połączenie kształtowe za pomocą przelotowych otworów rozmieszczonych osiowo na obwodzie, są usytuowane wewnątrz wieży, a zatem chronione przed czynnikami atmosferycznymi.

Część rurowa i promieniowe kołnierze połączenia kołnierzowego są według wynalazku korzystnie wykonane jako integralna część. Połączenie kołnierzowe według wynalazku jest korzystnie wytoczone jako jedna część z prefabrykatu metalowego lub zwinięte jako jedna część, np. jako prepreg przy wykonaniu z kompozytu zawierającego włókna. Jednakże odlew integralnej części jest również objęty wynalazkiem.

Aby umożliwić wytwarzanie połączenia pomiędzy dwoma elementami rurowymi za pomocą kołnierza według wynalazku i z korzystnym ciągłym zewnętrznym konturem według wynalazku, dwa kołnierze według wynalazku są korzystnie dopasowane do siebie, by wytworzyć takie połączenie, tak że (stożkowe) ściany zewnętrzne części rurowych tych dwóch kołnierzy stanowią swoje wzajemne przedłużenie, gdy te dwa kołnierze są połączone tak, że ich powierzchnie kołnierzowe spoczywają jedna na drugiej, np. przez skręcenie ich ze sobą poprzez osiowe otwory przelotowe w kołnierzach, które są wyrównane ze sobą, korzystnie parami.

Aby jeszcze bardziej optymalizować przepływ sił poprzez korzystnie płaską powierzchnię kołnierzową i poprzez śrubę łączącą w korzystnym otworze przelotowym, ten otwór przelotowy jest korzystnie otoczony zagłębieniem w powierzchni kołnierzowej. Dzięki większej długości rozciągnięcia ma to korzystny wpływ na obciążenie wywierane na śrubę łączącą w przelotowym otworze i korzystnie przemieszcza strefę styku jednej powierzchni kołnierzowej z komplementarną powierzchnią kołnierzową wokół przelotowego otworu do promieniowo zewnętrznego i wewnętrznego obszaru brzegowego powierzchni kołnierzowej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonana jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia połączenie kołnierzowe w przekroju, przy czym połączenie to zawiera dwa kołnierze, które są przymocowane do stożkowej części rurowej.

Połączenie kołnierzowe pokazane na rysunku jest utworzone przez dwa kołnierze 2, przy czym celem odróżnienia elementów górnego i dolnego kołnierza 2, górne są oznaczone dodatkowo literą a, a dolne - literą b). Oba kołnierze 2 mają rurową część 4 zaś pierścień 6 kołnierza jest połączony z jednym końcem części rurowej 4, promieniowo wewnątrz. Rurowy element 8 jest połączony z drugim końcem każdej części rurowej 4 i jest przyspawany do pierścieniowego połączenia kołnierzowego 2 za pomocą promieniowo wewnętrznej i promieniowo zewnętrznej spawalniczej spoiny 10, 12. Kołnierze 2 są wykonane ze stali nadającej się do spawania.

Opisana konstrukcja przedstawiona na rysunku jest w całości wykonana jako pierścień lub rura wokół osi obrotu 14, przy czym odległość, a więc średnica całej konstrukcji, jest pokazana bez zachowania skali.

Zewnętrzna ściana 15 części rurowych 4 kołnierzy 2, jak również rurowe elementy 8 są w całości stożkowe, a ich zewnętrzne ściany 15 są ciągłe i tworzą w przedstawionym przykładzie wykonania linię prostą.

Każdy z dwóch kołnierzy 2 ma powierzchnię kołnierzową 16 zwróconą w przeciwną stronę od osi odpowiednich części rurowych 4, przy czym wymienione powierzchnie mają jednakowy wymiar, to znaczy mają identyczną średnicę wewnętrzną i zewnętrzną, i są usytuowane z wzajemnym przystawaniem.

PL 203 266 B1

Zwrócone w ten sposób do siebie kołnierze 2 mają przelotowe otwory 18 rozmieszczone równomiernie na swym obwodzie, przy czym otwory te przechodzą osiowo przez pierścień 6 odpowiedniego kołnierza i są usytuowane współosiowo. Aby spowodować siłę łączącą i kształtowe połączenie kołnierzy 2, w przelotowe otwory 18 wprowadzone są znane połączenia śrubowe. Aby zoptymalizować przepływ sił poprzez kołnierze 2, przelotowe otwory 18 są usytuowane promieniowo możliwie blisko części rurowej 4, chociaż jest to ograniczone konstrukcyjnie, zwłaszcza przez dostępność przelotowych otworów 18 przykładowo dla narzędzi wykorzystywanych do mocowania śrub łączących.

Pierścień 6a tylko jednego z kołnierzy 2a połączenia kołnierzowego (górny kołnierz na rysunku) ma zagłębienie 20 w powierzchni kołnierzowej 16a, gdzie otacza ono przelotowy otwór 18a. Kiedy te dwa kołnierze 2 są ze sobą mocowane przez łączącą kołnierze śrubę (nie pokazano), przechodzącą przez przelotowe otwory 18, obszar przenoszenia siły lub przepływu sił poprzez powierzchnie kołnierzowe 16 jest przemieszczony promieniowo na zewnątrz od przelotowych otworów 18 do promieniowo wewnętrznego obszaru 22 i promieniowo zewnętrznego obszaru 24 powierzchni kołnierzowych 16. Przenoszenie obciążenia w promieniowo zewnętrznym obszarze 24 jest szczególnie korzystne pod względem mechaniki konstrukcji, ponieważ powoduje prostoliniowy, pozbawiony odchylenia przepływ sił od górnego stożkowego elementu rurowego 8a poprzez stożkową część rurową górnego kołnierza 2a do stożkowej części rurowej 4b dolnego kołnierza 2b i wreszcie do dolnego stożkowego elementu rurowego 8b, co innymi słowy oznacza, że istnieje przepływ sił bez żadnych odchyleń, które byłyby niekorzystne dla mechaniki konstrukcji. Aby dodatkowo polepszyć przepływ sił, zewnętrzny obwodowy obszar 24 powierzchni kołnierzowej 16 jest korzystnie szerszy niż grubość ściany części rurowej 4 i/lub elementu rurowego 8, tak że przepływ sił nie jest ograniczony tylko do tego obszaru.

Aby jeszcze bardziej polepszyć przepływ sił poprzez kołnierz 2, przejście od zasadniczo osiowego przedłużenia części rurowej 4 do promieniowego przedłużenia pierścieni 6 kołnierza nie jest ostry, ale wykonany z promieniem 26. Dzięki temu unika się szkodliwych maksymalnych naprężeń i działania karbu.

Claims (9)

1. Kołnierz pierścieniowy z częścią rurową do mocowania na jednym końcu rurowego podzespołu, zwłaszcza segmentu wieży, przy montażu elektrowni wiatrowej oraz z pierścieniem kołnierza promieniowo połączonym z jednym końcem części rurowej, przy czym powierzchnia kołnierzowa jest zwrócona w przeciwną stronę od osi wymienionej części rurowej, znamienny tym, że zewnętrzna ściana (15) części rurowej (4) jest stożkowa, zwłaszcza do mocowania do równie stożkowego elementu rurowego (8).

2. Kołnierz według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień (6) kołnierza styka się z częścią rurową (4) promieniowo na jej stronie wewnętrznej.

3. Kołnierz według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia kołnierzowa (16) jest płaska.

4. Kołnierz według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień (6) kołnierza ma co najmniej jeden osiowy przelotowy otwór (18) na śrubę łączącą kołnierza.

5. Kołnierz według zastrz. 4, znamienny tym, że pierścień (6) kołnierza ma zagłębienie (20) w powierzchni kołnierzowej (16) wokół przelotowego otworu (18).

6. Kołnierz według zastrz. 5, znamienny tym, że najmniejszy odstęp (24) pomiędzy zagłębieniem (20) a krawędzią powierzchni kołnierzowej (16), z którą styka się ściana (15) części rurowej (4), jest większy niż grubość ściany części rurowej (4).

7. Kołnierz według zastrz. 1, znamienny tym, że część rurowa (4) i promieniowy pierścień (6) kołnierza są wykonane jako integralna część, zwłaszcza wytoczone jako jedna część.

8. Kołnierz według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierz (2) do mocowania do końca rurowego elementu (8) nadaje się do spawania.

9. Kołnierz według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że przy połączeniu segmentów wieży za pomocą połączenia kołnierzowego dwa kołnierze (2a, 2b) są połączone ze sobą powierzchniami kołnierzowymi (16) usytuowanymi jedna na drugiej, a stożkowe zewnętrzne ściany (15) części rurowych (4) kołnierzy (2a, 2b) stanowią swe wzajemne przedłużenia.